雷達天線結構設計與製造技術

第1 章 緒論 ................................................................................................................. 001
1.1 概述 ................................................................................................................. 002
1.2 雷達分類及典型代表 ...................................................................................... 002
1.2.1 雷達分類 ............................................................................................... 002
1.2.2 雷達典型代表 ....................................................................................... 004
1.3 天線分類及典型代表 ....................................................................................... 011
1.3.1 按結構形式分類 .................................................................................... 011
1.3.2 按工作波長分類 ................................................................................... 017
1.4 天線發展趨勢 .................................................................................................. 018
1.4.1 大型天線 ............................................................................................... 018
1.4.2 移動通信天線 ....................................................................................... 021
1.5 面臨的科學與技術挑戰 .................................................................................. 022
參考文獻 .................................................................................................................. 025
第2 章 雷達天線機電耦合技術................................................................................ 027
2.1 概述 ................................................................................................................. 028
2.2 場耦合理論模型 .............................................................................................. 028
2.2.1 雷達反射面天線 ................................................................................... 028
2.2.2 雷達有源相控陣天線 ........................................................................... 034
2.3 機械結構因素對電性能的影響機理 .............................................................. 043
2.3.1 雷達反射面天線 ................................................................................... 043
2.3.2 雷達有源相控陣天線 ........................................................................... 046
2.3.3 雷達平板裂縫天線 ............................................................................... 050
參考文獻 .................................................................................................................. 065
第3 章 基於機電耦合技術的雷達天線結構設計 .................................................. 066
3.1 概述 ................................................................................................................. 067
3.2 從機電分離設計到機電耦合設計 .................................................................. 067
3.3 機電耦合設計 .................................................................................................. 070
3.3.1 雷達反射面天線 ................................................................................... 070
3.3.2 雷達座架與伺服系統 ........................................................................... 074
3.4 基於設計元的機電耦合優化設計 .................................................................. 085
參考文獻 .................................................................................................................. 086
第4 章 雷達天線結構基本形式與服役載荷 ........................................................... 089
4.1 概述 ................................................................................................................. 090
4.2 雷達天線結構基本形式 .................................................................................. 090
4.2.1 基本組成 ............................................................................................... 091
4.2.2 極軸天線 ............................................................................................... 093
4.2.3 波導天線 ............................................................................................... 094
4.2.4 偏饋天線 ............................................................................................... 095
4.2.5 星載可展開天線 ................................................................................... 096
4.3 雷達天線主要服役載荷 .................................................................................. 097
4.3.1 風荷 ....................................................................................................... 097
4.3.2 冰雪 ....................................................................................................... 100
4.3.3 自重 ....................................................................................................... 101
4.3.4 溫度 ....................................................................................................... 102
4.3.5 慣性載荷 ............................................................................................... 104
4.3.6 其他載荷 ............................................................................................... 106
4.3.7 組合載荷 ............................................................................................... 106
參考文獻 .................................................................................................................. 108
第5 章 反射面天線結構設計 .................................................................................... 109
5.1 概述 .................................................................................................................. 110
5.2 反射面天線結構形式 ....................................................................................... 110
5.3 反射面天線的保型設計 ................................................................................... 113
5.3.1 嚴格保型設計 ........................................................................................ 113
5.3.2 近似保型設計 ........................................................................................ 114
5.3.3 保電性能設計 ........................................................................................ 115
5.4 大型主動反射面天線結構 ............................................................................... 116
5.5 QTT 110m 反射面天線的結構保型設計 ........................................................ 119
5.5.1 等柔度支托結構 ................................................................................... 120
5.5.2 反射體結構 ........................................................................................... 121
5.5.3 俯仰整體結構 ....................................................................................... 121
5.5.4 天線結構設計結果 ............................................................................... 122
5.6 反射面天線背架的索桁組合結構設計 .......................................................... 124
5.6.1 索桁組合結構拓撲優化的數學描述 ................................................... 125
5.6.2 天線結構優化實例 ............................................................................... 128
參考文獻 .................................................................................................................. 130
第6 章 空間可展開天線結構設計 ........................................................................... 132
6.1 概述 ................................................................................................................. 133
6.2 空間可展開天線結構特點 .............................................................................. 133
6.3 常見的可展開天線結構形式 .......................................................................... 134
6.4 力學分析與設計要點 ...................................................................................... 138
6.4.1 空間可展開天線設計 ........................................................................... 138
6.4.2 空間可展開天線的力學分析 ............................................................... 139
6.5 可展開天線綜合設計平臺 .............................................................................. 143
6.5.1 基本框架與流程 ................................................................................... 144
6.5.2 軟件平臺關鍵技術 ............................................................................... 145
6.5.3 綜合設計平臺的應用效果 ................................................................... 148
參考文獻 .................................................................................................................. 151
第7 章 雷達天線的環境適應性設計 ....................................................................... 152
7.1 概述 ................................................................................................................. 153
7.1.1 環境條件分類 ....................................................................................... 153
7.1.2 典型環境類型 ....................................................................................... 154
7.2 散熱與熱控設計 .............................................................................................. 156
7.2.1 熱設計基礎 ........................................................................................... 156
7.2.2 熱設計模擬技術 ................................................................................... 158
7.2.3 雷達電子設備冷卻方式 ....................................................................... 158
7.3 雷達天線的振動設計 ...................................................................................... 159
7.3.1 振動對天線電性能的影響 ................................................................... 159
7.3.2 常用的減/隔振措施 .............................................................................. 162
7.4 電磁兼容設計 .................................................................................................. 165
7.4.1 電磁兼容設計的基本內容 ................................................................... 165
7.4.2 電磁兼容測試技術 ............................................................................... 166
7.4.3 電磁兼容設計實例 ............................................................................... 166
7.5 典型案例 ......................................................................................................... 169
參考文獻 .................................................................................................................. 174
第8 章 雷達天線電氣互聯技術 ............................................................................... 175
8.1 概述 ................................................................................................................. 176
8.2 電子封裝與電氣互聯 ...................................................................................... 176
8.2.1 封裝技術 ............................................................................................... 176
8.2.2 電氣互聯 ............................................................................................... 178
8.3 天線的3S 設計 ............................................................................................... 184
8.4 毫米波封裝天線（AiP） ............................................................................... 189
8.5 太赫茲波段片上天線（AoC） ...................................................................... 192
參考文獻 .................................................................................................................. 195
第9 章 面向波束指向精度的雷達天線機械結構與控制集成設計 ..................... 196
9.1 概述 ................................................................................................................. 197
9.2 雷達天線伺服系統機械結構設計 .................................................................. 197
9.2.1 集成設計要點 ....................................................................................... 198
9.2.2 結構優化設計 ....................................................................................... 200
9.3 伺服系統設計 .................................................................................................. 203
9.3.1 機械結構因素對伺服性能的影響 ....................................................... 204
9.3.2 伺服系統典型負載分析與綜合 ........................................................... 207
9.3.3 傳動機構設計 ....................................................................................... 210
9.3.4 角位移檢測系統設計 ........................................................................... 213
9.4 面向波束指向精度的集成設計 ...................................................................... 215
9.4.1 波束控制系統類型 ............................................................................... 215
9.4.2 集成設計方法 ....................................................................................... 215
9.4.3 集成設計案例 ....................................................................................... 217
參考文獻 .................................................................................................................. 220
第10 章 雷達天線轉動平臺與基礎設計 ................................................................. 221
10.1 概述 ............................................................................................................... 222
10.2 轉動平臺與基礎的結構形式 ........................................................................ 222
10.2.1 天線座的分類與組成 ......................................................................... 223
10.2.2 方位-俯仰型轉動平臺 ....................................................................... 224
10.2.3 X-Y 型天線座 ...................................................................................... 226
10.2.4 極軸型轉動平臺 ................................................................................. 228
10.2.5 三軸型轉動平臺 ................................................................................. 229
10.3 轉動平臺與基礎精度分析 ............................................................................ 231
10.3.1 天線座軸系誤差對目標測角精度的影響 ......................................... 231
10.3.2 軸系誤差分析 ..................................................................................... 235
10.4 轉動平臺與基礎的創新結構設計 ................................................................ 237
10.4.1 冗餘虛擬軸轉動平臺 ......................................................................... 237
10.4.2 並驅式轉動平臺 ................................................................................. 239
10.4.3 自舉升轉動平臺 ................................................................................. 247
參考文獻 .................................................................................................................. 249
第11 章 雷達機械結構機電集成製造技術 ............................................................. 250
11.1 概述 ................................................................................................................ 251
11.2 雷達機械結構機電集成製造技術現狀 ........................................................ 251
11.2.1 雷達裝備製造特點 ............................................................................. 251
11.2.2 雷達裝備製造技術體系發展現狀 ..................................................... 254
11.3 雷達機電集成製造技術發展趨勢 ................................................................ 265
參考文獻 .................................................................................................................. 270
第12 章 雷達天線超精密加工與裝配技術............................................................. 272
12.1 概述 ............................................................................................................... 273
12.2 雷達天線加工與裝配技術特點 .................................................................... 273
12.2.1 雷達天線精密加工及典型案例 ......................................................... 273
12.2.2 雷達天線超精密加工 ......................................................................... 278
12.2.3 雷達天線裝配 ..................................................................................... 280
12.3 QTT 110m 天線案例 ..................................................................................... 284
12.3.1 QTT 110m 天線概述 .......................................................................... 284
12.3.2 QTT 110m 天線主動主反射面零部件的精密加工與裝配 ............... 285
12.4 共形承載天線案例 ........................................................................................ 289
參考文獻 .................................................................................................................. 294